抑癌基因PTEN在腫瘤基因治療方面的研究進(jìn)展

李婷婷

【摘 要】PTEN是一個與多種腫瘤發(fā)生密切相關(guān)的抑癌基因，具有磷酸酶活性，其在多種細(xì)胞信號通路中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)PTEN基因的突變或蛋白表達(dá)的缺失與腫瘤的形成、癌癥的進(jìn)展以及抗藥性的發(fā)生密切相關(guān)，而PTEN基因替代治療在多種腫瘤模型中發(fā)揮著顯著抑制腫瘤生長和侵襲轉(zhuǎn)移的作用。因此，深入研究PTEN基因替代治療顯得尤為重要，本文就這一方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

【關(guān)鍵詞】PTEN；抑癌基因；基因治療

【中圖分類號】R966 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

第10號染色體同源缺失性磷酸酶-張力蛋白基因（Phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10，PTEN）是由Li等三個獨(dú)立研究小組發(fā)現(xiàn)的首個具有雙重磷酸酶活性的抑癌基因，它既能使蛋白質(zhì)的酪氨酸及絲氨酸或蘇氨酸殘基脫磷酸化，又能使第二信使磷脂酰肌醇-3，4，5，三磷酸（ phosphatidylinositol-3，4，5-trisphosphate，PIP3）脫磷酸化[1]，其活性在調(diào)控細(xì)胞周期、抑制細(xì)胞生長、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移與黏附中起關(guān)鍵性作用。研究發(fā)現(xiàn)，在多種腫瘤中包括惡性膠質(zhì)瘤、子宮內(nèi)膜癌、前列腺癌、小細(xì)胞肺癌、卵巢癌、乳腺癌、惡性黑色素瘤、淋巴瘤、胃癌等都有 PTEN 基因的突變、等位基因的缺失或蛋白的低表達(dá)[2]。本文就抑癌基因PTEN的作用機(jī)制及在基因治療方面的研究進(jìn)展作一綜述。

1 PTEN的命名及結(jié)構(gòu)特征

1.1PTEN的命名

PTEN的命名： PTEN是1997年由三個實(shí)驗(yàn)室同時分離并確認(rèn)的腫抑制瘤基因，因?yàn)樵诙喾N進(jìn)展期腫瘤中均有該基因的突變，也被稱作MMAC1 （muted in multiple advanced cancers 1），因?yàn)樗怯蒚GF-β調(diào)節(jié)的上皮細(xì)胞富含的磷酸酶基團(tuán)，因此也被稱作 TEP1 （TGF-β-regulated and epithelial cell enriched phosphatase），現(xiàn)統(tǒng)稱為PTEN。

1.2PTEN的結(jié)構(gòu)特征

PTEN基因定位于人類染色體的10q23.3，全長218kb，有9個外顯子和8個內(nèi)含子，其cDNA包含由1209bp組成的開放閱讀框（ORF），編碼由403個氨基酸 組成的蛋白質(zhì)，分布在人體多處組織（包括心、腦、肺、肝及腎等）的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)。

PTEN包括三個結(jié)構(gòu)功能區(qū)，一個N端磷酸酶區(qū)域，一個與脂質(zhì)結(jié)合的C2區(qū)域和一個由約50個氨基酸組成的C端區(qū)域。N-端是其主要結(jié)構(gòu)功能區(qū)，它在第122-133位的氨基酸序列（IHCKAGKGRTG）符合蛋白酪氨酸磷酸酶（Protein tyrosine phosphatase，PTP） 及雙特異性磷酸酶催化區(qū)的核心基序（HCXXGXGRXG），故PTEN蛋白屬于蛋白酪氨酸磷酸酶家族，是至今為止發(fā)現(xiàn)的第一個具有磷酸酶活性的抑癌基因，其活性能使PIP3去磷酸化，在多種信號途徑和細(xì)胞周期中發(fā)揮重要作用。

2 PTEN的生物學(xué)功能及其作用機(jī)制

PTEN是繼P53（tumor protein 53）后發(fā)現(xiàn)在多種腫瘤細(xì)胞中突變率最高的抑癌基因，最新的研究表明PTEN以磷酸酶依賴性和非依賴性機(jī)制調(diào)節(jié)各種細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，從而形成一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移、黏附及控制基因的穩(wěn)定性等功能。關(guān)于PTEN抑癌作用機(jī)制尚未完全清楚，但目前認(rèn)為主要由以下三條途徑共同完成。

2.1磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol- 3，4，5-trisphos-phate， PIP3）途徑

研究發(fā)現(xiàn)PIP3是PTEN重要的生理性底物，它可以使PIP3脫磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)镻IP2（Phosphatidylinositol 4，5-trisphosphate –bisphosphate）而失活。PIP3 是一些細(xì)胞生長因子（如 IGF、EGF 等）信號傳導(dǎo)通路上的第二信使，這些生長因子與其細(xì)胞膜上的受體結(jié)合后，激活受體型蛋白酪氨酸激酶P13K，后者使 PIP2 磷酸化成 PIP3，PIP3 隨后激活 PIP3 信號途徑中的一系列激酶，進(jìn)而活化 PKB/Akt，從而使細(xì)胞進(jìn)入分裂繁殖周期并抵抗凋亡。PTEN編碼的蛋白均有脂質(zhì)磷酸酶活性，可對抗PI3K調(diào)控的細(xì)胞生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，降低PIP3水平從而負(fù)性調(diào)控PI3K/ATK信號通路，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、促進(jìn)凋亡 [3]。

2.2FAK途徑

聚集粘附激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）是整合素介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的樞紐，其磷酸化將觸發(fā)一系列下游蛋白酪氨酸磷酸化級聯(lián)反應(yīng)，最終通過RAS/MAPK信號通道影響細(xì)胞生物學(xué)行為，其主要作用是促進(jìn)細(xì)胞增殖、分裂及細(xì)胞粘附，局部鋪展、遷移，在腫瘤浸潤和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用 [4]。PTEN具有磷酸酶活性，可以使FAK去磷酸化從而抑制FAK活性，降低整合素介導(dǎo)的細(xì)胞擴(kuò)散和局部黏附的形成， 從而抑制腫瘤細(xì)胞侵襲及轉(zhuǎn)移。

2.3絲裂原激酶（mitogen-activated protein kinase， MAPK）途徑

MAPK 代表一個激酶家族，MAPK可激活促細(xì)胞分裂素，介導(dǎo)有絲分裂信號向胞核傳導(dǎo)，調(diào)控細(xì)胞生長。已鑒定出五條 MAPKS信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，即細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶（ERK）通路、C-jun 氨基末端激酶（JNK）通路、P38 通路、ERK5 通路和 ERK3/4 通路[5]。PTEN能抑制 MAPK 途徑上游中的 ERK、RAS的活化以及 Shc的磷酸化，從而對細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶ERK/ MAPK信號途徑起負(fù)調(diào)節(jié)作用，而且PTEN基因還能抑制 MAPK激酶的磷酸化， 阻滯細(xì)胞生長周期于 G1期， 抑制腫瘤細(xì)胞生長。

3 PTEN在腫瘤中的失活和PTEN基因的表達(dá)調(diào)控

研究證實(shí)在多種腫瘤組織和細(xì)胞存在PTEN的失活，且PTEN基因的失活與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。而PTEN的失活主要涉及以下幾種機(jī)制：基因突變、等位基因的雜合性丟失、啟動子甲基化、miRNA介導(dǎo)的調(diào)控和翻譯后水平的磷酸化等。

作為腫瘤抑制基因，維持PTEN蛋白的穩(wěn)定表達(dá)至關(guān)重要。研究表明，PTEN的表達(dá)及其酶活性可在轉(zhuǎn)錄水平、微小RNA（miRNA）以及翻譯后水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。PTEN基因表達(dá)的正性調(diào)節(jié)因子包括早期生長反應(yīng)蛋白1（early growth response protein 1）、過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator- activated receptor γ， PPARγ）和P53，這些均表現(xiàn)直接結(jié)合到PTEN基因啟動子區(qū)域[6-7]；負(fù)調(diào)控因子包括促分裂原活化蛋白激酶激酶-4（mitogen activated protein kinase kinase-4，MKK-4），轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β，核因子的B細(xì)胞中的κ輕多肽基因增強(qiáng)子（nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells，NF κB），轉(zhuǎn)錄輔因子c-Jun和癌基因BMI1，這些都在多種腫瘤模型中顯示出抑制PTEN表達(dá) [8=9]。許多miRNA被認(rèn)為不管在生理還是病理的情況下都能影響PTEN的表達(dá)與功能[10]，而翻譯后修飾，例如活性位點(diǎn)的氧化，乙?；?，磷酸化，泛素化，也能調(diào)節(jié)PTEN活性[11-12]。

4 PTEN與腫瘤基因治療

現(xiàn)已證實(shí)眾多腫瘤中有PTEN的缺失或突變，野生型的PTEN基因的替代療法是PTEN抑癌基因治療的基本方法，主要是通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將野生型的PTEN基因?qū)霅盒阅[瘤細(xì)胞中，替代腫瘤細(xì)胞中突變或失活的PTEN基因，發(fā)揮正常PTEN基因的抑癌功能?；蛑委煹年P(guān)鍵是選擇恰當(dāng)?shù)妮d體及導(dǎo)入方法，使目的基因獲得靶向性導(dǎo)入及穩(wěn)定有效的表達(dá)，可控性增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)中廣泛應(yīng)用到的病毒載體有：逆轉(zhuǎn)錄病毒、腺相關(guān)病毒（AAV）、單純皰疹病毒（HSV）、腺病毒（Ad）等。腺病毒載體（Ad）發(fā)展到第五代，轉(zhuǎn)染效率高，基因攜帶量大，制備相對較容易，故已成為繼逆轉(zhuǎn)錄病毒載體后被廣泛應(yīng)用的一種基因載體，就PTEN基因而言，目前該載體的應(yīng)用最多。由于病毒載體具有潛在的致癌性、靶向特異性差、自身免疫原性、費(fèi)用高等特點(diǎn)使其在臨床應(yīng)用受限，而非病毒載體由于其低免疫反應(yīng)、低毒、不發(fā)生外源性基因隨機(jī)整合等優(yōu)點(diǎn)，越來越受重視。

5 小結(jié)與展望

PTEN作為目前唯一具有磷酸酶活性的抑癌基因，在多系統(tǒng)腫瘤中具有顯著的抑癌活性，并且在PTEN缺失性或非缺失性腫瘤細(xì)胞株中都能抑制腫瘤細(xì)胞的生長、促進(jìn)凋亡，能增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對化療和放療的效果，因此成為國內(nèi)外腫瘤基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)。但由于缺乏合適的載體，迄今為止還沒有在臨床試驗(yàn)中應(yīng)用PTEN作為靶基因治療腫瘤的研究報(bào)道。因此尋找研發(fā)能高效轉(zhuǎn)移基因、表達(dá)高度組織特異性、能進(jìn)行精確調(diào)控表達(dá)的理想病毒或非病毒PTEN基因治療載體迫在眉睫。

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